báo cáo thí nghiệm

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.45 MB, 15 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

ĐẠI H C BÁCH KHOA HÀ N I ỌỘ

TRƯỜNG CƠ KHÍ

HÀ N I, 11/2022Ộ

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

MỤC LỤC

BÀI THÍ NGHI M S 1 ... 1Ệ ỐI. M c tiêu thí nghi m ... 1ụ ệII. Cơ sở lý thuy t ... 1ếIII. Gi i thi u b thí nghi m ... 1ớ ệ ộ ệIV. K t qu thí nghi m ... 2ế ả ệV. K t lu n ... 4ế ậBÀI THÍ NGHI M S 2 ... 5Ệ ỐI. Mục đích thí nghiệm ... 5II. Cơ sở lý thuy t ... 5ế1. Lý thuy t nguế ồn đường ... 52. Tính tốn h s d n nhi t m t s lo i th c ph m ... 7ệ ố ẫ ệ ộ ố ạ ự ẩIII. Gi i thi u thi t b thí nghi m ... 7ớ ệ ế ị ệIV. K t qu thí nghi m ... 8ế ả ệ1. Xác định hệ số d n nhi t bẫ ệ ằng phương pháp que thăm, nguồn đường. 82. Xác định hệ số d n nhi t c a m u thí nghi m theo mơ hình d n nhi t ẫ ệ ủ ẫ ệ ẫ ệsong song và vng góc. ... 10V. K t lu n ... 11ế ậBÀI THÍ NGHI M S 3 ... 12Ệ ỐI. Mục đích thí nghiệm ... 12II. Cơ sở lý thuyết ... 12III. Gi i thi u b thí nghi m ... 12ớ ệ ộ ệIV. K t qu thí nghi m ... 12ế ả ệV. K t lu n ... 13ế ậ

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

BÀI THÍ NGHI M S 1 ỆỐ

I. M c tiêu thí nghi m ụ ệ

Xác định mật độ dòng nhiệt trong mơ hình thí nghi m dẫn nhi t n nh ệ ệ ổ địkhơng có ngu n trong qua vách ph ng. ồ ẳ

II. Cơ sở lý thuyết

D n nhi t là s truy n nhiẫ ệ ự ề ệt năng giữa các nguyên tử hay phân t cử ủa một vật ho c các v t khi chúng có ti p xúc v i nhau. V m t toán hặ ậ ế ớ ề ặ ọc, có th kh o sát ể ảquá trình d n nhi t nh nh luẫ ệ ờ đị ật cơ bản: định lu t bậ ảo toàn năng lượng ng d ng ứ ụriêng cho nhiệt năng và định lu t kinh nghi m c a Fourier v d n nhi t. S d ng k t ậ ệ ủ ề ẫ ệ ử ụ ếhợp hai định luật này cho phép ta thiết lập phương trinh vi phân dẫn nhiệt mà nghiệm c a nó là phân b nhiủ ố ệt độ trong v t th kh o sát. ậ ể ả

Đố ới v i bài toán dẫn nhiệt qua tấm phẳng thì trường nhiệt độ được biểu diễn bằng phương trình vi phân sau:

a tC

Ta đang xét trường hợp đây là bài toán dẫn nhiệt ổn định nên giả thi t khơng có sự ếthay đổi nhiệ ộ theo th i gian. Tt đ ờ ấm phẳng được giả thi t rộng vô h n nên nhi t ế ạ ệđược coi truyền qua m t chiều duy nhất là chiều dày tấm và bên trong vật khơng có ộnguồn nhi t trong nào. T ệ ừ đó phương trình vi phân dẫn nhiệt được thu g n l i còn ọ ạnhư sau:

t tx−

(1.3) Mật độ dòng nhi t (ệ q W/m K2 ) đi qua vách bằng:

III. Gi i thi u b thí nghi m ớ ệ ộ ệ

B thộ ực hành thí nghiệm đo mật độ dòng nhi t ệ q được b c cách nhi t toàn b ọ ệ ộkhối d n nhi t và duy trì nhiẫ ệ ệt độ hai đầu nóng và lạnh của khối d n nhi t ẫ ệ ổn định. Làm như vậy nhằm để truyền tồn bộ lượng nhiệt từ mặt nóng heater đến mặt lạnh cooling của thi t bế ị mà không để ị ấ b m t mát nhiệt ra ngồi mơi trường, và ng th i đồ ờ

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

giữ nhiệt độ hai m t luôn cặ ố định để ạ t o ra dòng nhi t ệ q đi trong thiế ị được n t b ổđịnh. Trong khối trụ được làm dẫn nhiệt gồm năm ớ l p: l p giữa trung tâm là ớ ởthanh gốm được coi là m u ẫ đã biết trước hệ ố ẫ s d n nhiệt =15,7 (W/mK)λ và kích thước x x W H D=40 40 8,73 (mm) ở cạnh m i bên là hai x x , ỗ thanh đồng ghép với nhau nh m mằ ục đích giữ cho nhiệt độ ở hai m t t m gặ ấ ốm được thêm ổn định hơn. Mặt dưới kh i tr ố ụ là heater được nố ới ngu n có th i v ồ ể điều chỉnh thay đổi công su t ấgia nhi t. M t trên kh i tr là ph n làm mát bệ ặ ố ụ ầ ằng nước. Nhiệt độ ủa nướ c c làm mát được giữ cố nh trong bài thí nghiệm này bằng 26đị oC. Nư c sau khi nhớ ận được nhiệt truy n ra t kh i trề ừ ố ụ được đi đến “sò lạnh” để làm mát nước. “Sò lạnh” thực chất là m t thi t bộ ế ị làm mát s d ng nguyên lý nhiử ụ ệt điện Peltier. Nước được làm mát trước khi quay lại cooling để làm mát mặt trên khối trụ thì vẫn phải qua bình, trong bình chứa một thanh nhiệt điện tr công su t nhở ấ ỏ để làm ấm nước. Mục đích như đã nói ở trên là để giữ cho nước khi vào thiết bị luôn bằng 26 C. o

Hnh 1. Sơ đồ thiết b thí nghiịệm

IV. K t qu thí nghi m ế ả ệ

Sau khi ti n hành th c hi n thí nghi m 4 l n các ế ự ệ ệ ầ ở trường h p công su t gia ợ ấnhiệt khác nhau và cùng ở điều nước làm mát tn=26 oC, ta thu được các k t qu sau: ế ả

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

Lần đo λ (W/mK)

F (m ) 2 δ (m) t3 ( C) o t4 ( C) o U (V) I (A) 1

Công suất nhiệt Q

Đồ thị sự phụ thuộc giữa công suất nhiệt truyền qua tấm gốm và công suất điện tiêu thụ

𝑄 = 𝐹.𝜆.𝑡4−𝑡3𝛿

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

ế ậ

Hình bi u di n ể ễ đường ph thu c giụ ộ ữa công suất nhi t truy n qua t m g m và ệ ề ấ ốcông suất điện tiêu thụ để gia nhi t cho heater có dệ ạng đường th ng khá tuy n tính, ẳ ếsong cịn lệch tương đối nhi u so về ới đường th ng ẳ y=x. Điều này cho th y trong q ấtrình làm thí nghi m ệ đã có sai số. Nhưng theo kết qu ả tính tốn độ sai giε ữa hai đại lượng này có xu hướng giảm sau các lần đo (từ 70% ở lần đo đầu xuống còn 16% ở lần đo cuối), chứng tỏ nếu được làm thí nghiệm trong thời gian dài hơn và điều kiện thiết bị thí nghi m ệ ổn định thì sẽ thu được kết qu ả chính xác hơn. Qua mơ hình thí nghiệm ở bài này, việc để xác định công su t nhi t truy n qua t m gấ ệ ề ấ ốm sau đó so sánh v i giá tr công su t tớ ị ấ ỏa nhiệt heater, t ừ đó có những gi i pháp bả ọc cách nhiệt mơ hình thí nghi m hi u qu ệ ệ ả để đưa giá trị sai l ch này vệ ề 0. Đây là một phương pháp ít t n kém mà có th áp dố ể ụng để xác định h s d n nhi t ệ ố ẫ ệ λ của nhi u v t li u ề ậ ệtrong công nghi p ngày nay. ệ

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

BÀI THÍ NGHI M S 2 ỆỐ

I. Mục đích thí nghiệm

B ng thí nghi m minh hằ ệ ọa quá trình dẫn nhi t không ệ ổn định, xác định h s ệ ốdẫn nhi t cệ ủa mộ ố ạ ủ, qu th c ph m bt s lo i c ả ự ẩ ằng phương pháp nguồn đường.

II. Cơ sở lý thuyết

1. Lý thuy t nguế ồn đường

Việc xác định h s d n nhi t bệ ố ẫ ệ ằng phương pháp đo không ổn định s dử ụng nguồn nhi t dệ ạng đường do m t dây dộ ẫn có dịng điện chạy qua sinh ra được đặt trong không gian r ng vô hộ ạn. Trong trường h p này nhiợ ệt được truy n theo không ềgian hình tr do v y ch n h tụ ậ ọ ệ ọa độ ụ ớ tr v i ngu n nhi t n m trên trồ ệ ằ ục z để ể bi u di n ễquá trình d n nhiẫ ệt như trên Hình 1. Trường nhiệt độ trong l p v t liớ ậ ệu được biểu diễn là hàm của bán kính và thời gian, t=t(r,τ)

Hình 1: Dẫn nhi t 1 chi u qua vách tr ệ ề ụ

Phương trình vi phân dẫn nhiệt mơ tả q trình dẫn nhiệt bên trong lớp vật liệu được biểu diễn như sau:

Điều kiện biên lo i 2 tại b m t của nguồn nhi t đường: ạ ề ặ ệ

λ: H s d n nhi t, [W/mK] ệ ố ẫ ệ

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

qF : Mật độ dòng nhi t, [W/m ] ệĐiều kiện ban đầu c a quá trình dủ ẫn nhiệt:

Đặt = − là nhit t0 ệt độ ừ th a bên trong v t so v i nhiậ ớ ệt độ ban đầ tu . 0Sử dụng phương pháp biến đổi Laplace đưa bài toán vi phân đạo hàm riêng (1) v ềbài toán vi phân đạo hàm thường trong mi n nh. Sau khi giề ả ải bài toán vi phân đạo hàm thường trên mi n nh, nghi m cề ả ệ ủa phương trình vi phân đạo hàm thường s ẽđược chuyển về không gian thực bằng phép biến đổi Laplace ngược. Ta sẽ đưa ra và sử d ng nghi m cụ ệ ủa bài tốn trong khơng gian th c. ự

a r t nh , nghi m cấ ỏ ệ ủa bài tồn hồn tồn có thể ỏ b qua các s h ng sau c a ố ạ ủchuỗi (2) mà không mắc phải sai s ố đáng kể, khi đó:

Như vậy, hệ số dẫn nhiệt có thể được xác định trực tiếp qua công thức:

lq=

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Từ (5) (6) suy ra: 4

Mơ hình vng góc là nghịch đảo của tổng các ph n th tích chia cho h s d n ầ ể ệ ố ẫnhiệt c a chúng: ủ

(

1v/

)

Hai mơ hình này đã được tìm thấy để ự đoán giớ ạn trên và dướ d i h i hệ số dẫn nhiệt của hầu h t các lo i thế ạ ực phẩm.

III. Gi i thi u thi t b thí nghi m ớ ệ ế ị ệ

Hình 2 mơ tả thí nghiệm đo hệ ố ẫ s d n nhi t TLS100 c a hãng ThermTest. ệ ủDải đo của thi t bế ị t 0.02 5 W/mK, áp d ng các lo i v t li u cách nhi t d ng xừ – ụ ạ ậ ệ ệ ạ ốp, vật li u mệ ềmnhư bùn, đất; vật liệu xây dựng như cát, xi măng; các loại củ quả, thực phẩm,… Đối với các v t li u c ng ph i khoan l trậ ệ ứ ả ỗ ước khi ti n hành thí nghi m. ế ệ

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Hình 2: Thiết b thí nghiị ệm Thermtest TLS100 xác định h s d n nhi t theo ệ ố ẫ ệphương pháp nguồn đường

6. Nhất nút xanh đ tiể ến hành quá trình đo.

7. Kết thúc quá trình đo, rút que thăm ra khỏi m u, chẫ ờ que thăm ổn định nhi t ệđộ rồi tiếp tục thí nghiệm v i mẫu khác. ớ

8. Vẽ lại sơ đồ, ghi chép các thông tin c n thiầ ết để hồn thành báo cáo thí nghiệm.

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Vẽ th ph thuđồ ị ụ ộc c a nhiủ ệt độ vào ln(τ) theo m u: ẫ

Xác định hệ số góc của phương trình phụ thuộc t C= 1ln( )+C2

Xác định hệ số dẫn nhiệt của mẫu thí nghiệm theo cơng thức:

Chọn nhiệt độ tính tốn là nhiệt độ trung bình 28.4 38.25 33.32tb

Composition Thermal

310310.2310.4310.6310.8311311.2311.4

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

( . )

0,9643.0,6223 0, 0046.0, 2156 0,006.0,1713 0, 0228.0, 2428 0,0023.0,37310,6085

viix=

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

BÀI THÍ NGHI M S 3 ỆỐ

I. Mục đích thí nghiệm

Xem xét ảnh hưởng của tốc đ gió trong trao đổộ i nhiệt đối lưu giữa dịng khơng khí chuyển động qua vách ph ng. ẳ

II. Cơ sở lý thuyết

Trao đổi nhiệt đối lưu (TĐN ĐL) là quá trình trao đổi nhi t nh s chuy n ệ ờ ự ểđộng (vĩ mô) của chất lỏng hoặc chất khí giữa nh ng vùng có nhiệt độ khác nhau. ữTrao đổi nhiệt đối lưu ln kèm theo dẫn nhiệt (nhưng khơng đáng kể) vì ln có sự tiếp xúc gi a các phân t có nhiữ ử ệt độ khác nhau.

Tỏa nhiệt đối lưu là quá trình trao đổi nhiệ ối lưu giữt đ a bề m t cặ ủa vật r n vắ ới ch t ấlỏng ho c ch t khí chuyặ ấ ển động. Nh ng nhân tữ ố ảnh hưởng đến chuyển động của dòng ch t l ng hoấ ỏ ặc chất khí đều ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nhiệt đối lưu ụ, c thể ở trong bài thí nghi m này là tệ ốc độ gió.

III. Gi i thi u b thí nghi m ớ ệ ộ ệ

Mơ hình thí nghi m là b thi t bệ ộ ế ị trao đổi nhi t ki u dòng ch y c t nhau, ệ ể ả ắdịng khơng khí ch y trong kênh d n có ti t di n S vạ ẫ ế ệ ới lưu lượng được điều ch nh ỉbằng độ mở van đầu hút và quạt li tâm. Giữa kênh dẫn đặt một tấm phẳng được đốt nóng b ng heater có thằ ể điều ch nh nhiỉ ệt độ ằng thay đổ b i công suất điện gia nhi t. ệThí nghiệm được thực hi n ệ ở điều ki n nhiệ ệt độ phịng t=28,3 oC. Ti n hành thí ếnghiệm, ta lần lượt thay đổi giá trị b bi n tộ ế ần để thay đổ ối tc đ động cơ quạộ t li tâm dẫn đế ốc độ gió thay đổn t i. Tiến hành tương tự đối với trường hợp lắp thêm cánh tản nhi t d ng hình trệ ạ ục vào tấm ph ng. Chẳ ờ và quan sát sự thay đổi nhiệt độ ủ c a tấm ph ng ẳ ở những trường hợp tốc độ gió khác nhau.

IV. K t qu thí nghi m ế ả ệ

Trường h p khơng lắp cánh: ợ

Trường h p lắp cánh: ợ

Số liệu tính tốnLần đo

Heater power (W)

Temp cotroller

tw (oC)Air velocity v (m/s)

Air temp tf (oC)

Độ chênh nhiệt độ Δt=tw-tf

tw (o

Air velocity v (m/s)

Air temp tf (o

C)Temp 1

t1 (o

C)Temp 2

t2 (o

C)Temp 3

t3 (o

Độ chênh nhiệt độ Δt=tw-tf

28.8Số liệu đo

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

13 V. K t lu n ế ậ

Tốc độ gió ảnh hưởng lớn đến q trình t a nhiỏ ệt đối lưu củ ấa t m ph ng, t c ẳ ốđộ gió càng l n thì khả năng tỏa nhiệt của tấm phẳng càng tốt. Điều này chứng tỏ là ớq trình trao đổi nhiệt đối lưu có cưỡng bức hiệu quả hơn so vớ ối lưui đ tự nhiên. Hiệu quả quá trình trao đổi nhiệt được gia tăng đáng kể khi có l p thêm cánh t n ắ ảnhiệt. T ừ đó qua bài thí nghiệm l n này, khi mu n m t quá trình truy n nhi t trong ầ ố ộ ề ệthực tế đạt hi u qu cao thì c n ph i v n d ng k t hệ ả ầ ả ậ ụ ế ợp giữa trao đổi nhiệt đối lưu và dẫn nhi t. ệ

0510152025303540

</div>